[發明專利]假人空投六分量天平測試系統及方法

在審

• 申請號: 201510675124.4
• 申請日: 2015-10-19
• 公開（公告）號: CN105203293A
• 公開（公告）日: 2015-12-30
• 發明（設計）人: 姚裕;張召明
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01M9/06
• 分類號: G01M9/06;G01M9/08
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

技術領域

本發明屬于航空救生領域，特別涉及一種假人空投六分量天平測試系統及方法。

背景技術

假人空投試驗是為了測量在規定高度和速度下救生傘的開傘動載以及傘繩與假人呈不同角度時假人的受力情況，以此確定最大開傘載荷是否低于人體的生理耐限。現階段國內大多數救生傘測力試驗均在風洞中進行，運用救生傘天平作為傳感器測量作用在傘上的阻力與開傘時的動載荷，例如楊賢文等人曾利用單分量阻力穩定傘專用天平在某超聲風洞中對彈射座椅進行了動態測力試驗；[楊賢文,吳軍強.彈射座椅穩定傘高速風洞動態測力試驗研究.流體力學實驗與測量,2003,17(4):48-50.]；余莉等人利用單分量天平在航宇救生公司的φ2.5m低速風洞中進行了救生傘傘衣載荷的性能試驗。[余莉,張鑫華,等.降落傘傘衣載荷的性能測試.北京航空航天大學學報,2007,33(10):1178-1181.]常見的低速風洞中的救生傘測試方法有兩種。其一，使用應變框式救生傘天平，它由軸向測量元件和法向測量元件兩部分組成，靜校精度可達0.5%；另一種使用應變環式救生傘天平，它是一種單分量阻力天平，其優點是在設計時充分考慮了開傘動載（一般開傘動載為其滿載靜態載荷的兩倍以上）。然而由于并未參與實際的空投試驗，它們只能測量某一時刻救生傘的離散力學性能，而無法得到連續測量數據[賀德馨.風洞天平,北京,國防工業出版社,2001:235-236.]。

運用天平進行假人空投試驗數據測量國內還處于起步階段，中航第一集團公司五二零廠的艾文濤等曾在測試某型號救生傘的關鍵技術參數時進行了相關研究[艾文濤.18KN肩帶力傳感器的設計.中國航空學會人體工程、航醫、救生專業委員會第六屆學術年會,湖北襄陽,2003:304-309.]，他們發現圓柱形拉壓單分量天平雖然能夠排除彎曲和扭轉等載荷的影響，同時其彈性組件具有較高的剛度，但在圓柱表面粘貼應變片時，由于曲率半徑太小，必然影響測試效果，最后改用長方形截面彈性組件變形體作為單分量力學傳感器。這種方法排除了彎曲以及扭轉載荷的干擾，可以達到較高的輸出靈敏度，但是無法同時測量多分量載荷，而且無法克服橫向力、法向力的影響，試驗效果并不令人滿意。

針對以上不足與難點，本發明提出了假人空投六分量應變天平測試方法的解決方案，可實現六分量同時獲得連續測量數據，且試驗數據真實可信。在充分考慮到假人空投試驗的實際情況后，對天平系統采取了有效的保護措施。運用六分量應變天平測試方法我們可以準確了解假人在空中的姿態及傘帶與假人之間的相互角度。同時可以計算出假人在空中旋轉所產生的相對于質心的附加加速度。

發明內容

本發明的目的在于提供了一種高精度測量瞬時載荷的假人空投六分量應變天平測試系統及方法。

一種假人空投六分量天平測試系統，其特征在于：測試裝置包括假人模型、天平基座、兩個六分量天平、信號調理器、傘帶連接架組成；其中兩個六分量天平對稱置于假人模型胸腔內，保證天平校準軸系與假人體軸系重合，六分量天平的后錐通過天平基座與假人背板連接，采用拉緊斜鍥；六分量天平的前錐通過傘帶連接架與救生傘傘帶連接，采用螺紋連接；天平數據線連接信號調理器。

利用所述的假人空投六分量天平測試系統的測試方法，其特征在于：當假人從高空拋下，下降過程中打開降落傘，傘帶將載荷傳遞至六分量天平，六分量同時獲得連續測量數據；通過六分量同時獲得的連續測量數據，計算出假人在空中的姿態；利用x，y，z三個方向所受的載荷數據，再通過合力公式可以求得沿著傘帶方向所受的合力大小及方向，進而得到傘帶與假人之間的相互角度。

需要準確測量的是開傘瞬間作用在傘上的阻力與開傘時傘帶作用于人身體上的的動載荷，而假人在空中旋轉時，所產生的相對于質心的附加加速度，這個附加加速度會使得測量數據與實際情況有很大偏差。六分量的測試數據分別對應三個方向的平移自由度和三個方向的旋轉自由度。假人在空中旋轉情況都可以通過三個方向旋轉自由度分解表示，而所產生的附加加速度同樣可以通過三個方向的力矩來準確表示，由此便可以去除由附加加速度所產生的干擾。這是傳統單分量天平測量方法所不能滿足的。

這種測量方法不但繼承了傳統測試方法的固有優點，排除了彎曲以及扭轉載荷的干擾，可以達到較高的輸出靈敏度，而且可實現六分量同時獲得連續測量數據，通過測量數據，我們可以準確了解假人在空中的姿態，及傘帶與假人之間的相互角度。同時可以計算出假人在空中旋轉所產生的相對于質心的附加加速度，這是傳統單分量天平測量方法所不能滿足的。

本發明具有如下優點：

1、精度高